Luận Văn Thiết kế và thi công hệ thống đếm đối tượng trong ảnh sử dụng Kit Arduino hiển thị trên LCD

TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N – I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P – Y SINH
---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH CÔNG NGH K THU T I N T

TRUY N THÔNG

TÀI:

THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG
IT

NG TRONG NH S

M

D NG KÍT

ARDUINO HI N TH TRÊN LCD
GVHD: ThS. Nguy n Duy Th o
SVTH:

Phan Thành H ng
MSSV: 13141125

Tp. H Chí Minh - 1/2018


TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N – I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P – Y SINH
---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH CÔNG NGH K THU T I N T

TRUY N THÔNG

TÀI:

THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG
IT

NG TRONG NH S

D NG KÍT

ARDUINO HI N TH TRÊN LCD
GVHD:

ThS. Nguy n Duy Th o

SVTH:

Phan Thành H ng
MSSV: 13141125

Tp. H Chí Minh - 1/2018

M


TR
B

NG H. S PH M K THU T TP.HCM
KHOA I N- I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P – Y SINH

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
c l p – T do – H nh phúc
TP. H Chí Minh, ngày 15 tháng 1 n m 2018

B NG MÔ T CÔNG VI C
H tên sinh viên 1: PHAN THÀNH H NG

MSSV: 13141125

L p: 13141DT3A
H tên sinh viên 2: TR N V N TH CH

MSSV: 13141304

L p: 13141DT3A
Tên đ tài:

M

IT

NG TRONG NH.

1. MÔ T M C TIÊU C A

TÀI:

M c tiêu c a đ tài là xây d ng m t h th ng đ m đ i t
ch p b ng camera, nhúng d li u đ m đ
th k t qu đ m đ

c

c xu ng kit Arduino đ đi u khi n LCD hi n

c

tài s d ng thu t toán đánh nhãn đ đ i t
đ ng

ng trong nh đ

i dùng có th d dàng thao tác. Vi t h

2. MÔ T CÔNG VI C TH C HI N

ng trong nh. Xây d ng giao di n

ng d n thao tác s d ng h th ng.
TÀI C A T NG SINH VIÊN:

H tên Sinh viên 1: PHAN THÀNH H NG
Các công vi c th c hi n trong đ tài:
STT
1
2

N I DUNG CÔNG VI C
Tham kh o tài li u liên quan đ n đ tài c a nh ng tác gi đã th c hi n.
Vi t ch

ng trình đ m đ i t

ng( thu t toán đánh nhãn), đi u khi n kit

Arduino.

3

Ch nh s a h th ng.

4

Vi t báo cáo.

ii


H tên Sinh viên 2: TR N V N TH CH
Các công vi c th c hi n trong đ tài:
STT
1
2

N I DUNG CÔNG VI C
Tham kh o tài li u liên quan đ n đ tài c a nh ng tác gi đã th c hi n.
Vi t ch

ng trình đ m đ i t

ng (thu t toán đánh nhãn), đi u khi n kit

Arduino.

3

Ch p nh ph c v cho quá trình đ m đ i t

4

Ch nh s a báo cáo.

ng

SINH VIÊN 1

SINH VIÊN 2

(Ký ghi rõ h tên)

(Ký ghi rõ h tên)

XÁC NH N C A GI NG VIÊN H
(Ký ghi rõ h tên)

NG D N

iii


NG H. S PH M K THU T
C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
TP. H CHÍ MINH
C L P - T DO - H NH PHÚC
KHOA I N- I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P – Y SINH
Tp. HCM, ngày 15 tháng 1 n m 2018

TR

B

NHI M V

Phan Thành H ng
MSSV: 13141125
Tr n V n Th ch
MSSV: 13141304
K thu t i n T Truy n Thông Mã ngành: 01
i h c chính quy
Mã h :
1
2013
L p:
13141DT3A

H tên sinh viên:
Chuyên ngành:
H đào t o:
Khóa:
I. TÊN

ÁN T T NGHI P

TÀI: THI T K
NH S

VÀ THI CÔNG H TH NG

M S L
D NG KệT ARDUINO HI N TH TRÊN LCD.

NG TRONG

II. NHI M V
1. Các s li u ban đ u:
 B nh đ m: 30 nh g m 10 nh t bào, 10 nh cây g , 10 nh v thu c.
 Matlab phiên b n 2015a.
 Kit đi u khi n chính: Arduino Uno R3, LCD 16x2
2. N i dung th c hi n:
tài th c hi n n i dung xây d ng h th ng đ m đ i t ng qua hình nh v i đ u
vào là nh ch a các đ i t
d li u đi u khi n t

ng( t bào, cây, v thu c). K t qu đ m đ

cs đ

c nhúng

ng ng xu ng kit Arduino. Nhóm s th c hi n các n i dung nh

sau:
 Tìm hi u kit Arduino.
 Cài đ t ngu n th vi n cho kit Arduino, cách k t n i Arduino v i Matlab.
 Tìm hi u các thu t toán đánh nhãn.
 Xây d ng quá trình x lý nh đ u vào.
 Xây d ng h th ng đ m đ i t

ng trong nh, l p trình các ng d ng nhúng d li u

trên kit Arduino.


ánh giá k t qu th c hi n.

III. NGÀY GIAO NHI M V :
25/09/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 15/01/2018
V. H VÀ TÊN CÁN B H NG D N: ThS. Nguy n Duy Th o.
CÁN B H

NG D N

BM. I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH
iv


TR

NG

I H C SPKT TPHCM

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM

Khoa i n - i n T

B Môn i n T Công Nghi p – Y Sinh

c l p - T do - H nh phúc
Tp. H Chí Minh, ngày 15 tháng 1 n m 2018

L CH TRÌNH TH C HI N

ÁN T T NGHI P

H tên sinh viên 1: Phan Thành H ng.
L p: 13141DT3A

MSSV: 13141125

H tên sinh viên 2: Tr n V n Th ch
L p: 13141DT3A

MSSV: 13141304

Tên đ tài: THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG
S

MS

L

NG TRONG

NH

D NG KệT ARDUINO HI N TH TRÊN LCD.

Tu n/ngày

Xác nh n

N i dung

GVHD

Tu n 1,2

Tìm đ tài

Tu n 3

Tìm hi u ho t đ ng Arduino và Matlab.

Tu n 4

Cài đ t Matlab, k t n i Arduino v i Matlab.

Tu n 5,6

L p trình Arduino v i các chân I/O đ nhúng d li u.

Tu n 7,8,9

L p trình và xây d ng ch

Tu n 10,11,12

L p trình ch
ch

ng trình x lý nh đ u vào

ng trình đ m đ i t

ng trình giao di n ng

Tu n 13,14

Hi u ch nh toàn b ch

Tu n 15,16,17

Vi t báo cáo đ án.

Tu n 18

Ch nh s a, in đ án.

ng trong nh và

i dùng.

ng trình.

GV H NG D N

(Ký và ghi rõ h và tên)

v


L I CAM OAN
Chúng tôi cam đoan
d

is h

ATN là công trình nghiên c u c a b n thân chúng tôi

ng d n c a Th c s Nguy n Duy Th o.

Các k t qu công b trong
l

ATN “Thi t k và thi công h th ng đ m s

ng trong nh s d ng kít Arduino hi n th LCD” là trung th c và không sao

chép hoàn toàn t công trình nào khác.
Ng

i th c hi n đ tài

Phan Thành H ng Tr n V n Th ch

vi

L IC M

N

Trong quá trình làm đ án t t nghi p, chúng em đã nh n đ

c r t nhi u s

ng

h , giúp đ đóng góp ý ki n và ch b o nhi t tình c a th y cô, gia đình và b n bè.
Chúng em xin g i l i c m n chân thành đ n Th.S Nguy n Duy Th o - Tr
i h c S ph m K thu t Tp.HCM đã t n tình h

ng

ng d n ch b o trong su t th i gian

làm lu n án t t nghi p. Th y đã t o nhi u đi u ki n và cho nh ng l i khuyên quý báu
giúp chúng em hoàn thành t t khóa lu n.
Xin chân thành c m n th y cô giáo trong Tr

ng

i h c S ph m K thu t

Tp.HCM nói chung, các th y cô trong B môn i n t Công Nghi p – Y Sinh nói riêng
đã t n tình gi ng d y, truy n đ t cho chúng em nh ng ki n th c quý báu và t o đi u

ki n giúp đ trong su t quá trình h c t p trong nh ng n m h c v a qua, giúp chúng em
có đ

c c s lý thuy t v ng vàng.
Cu i cùng, chúng em xin chân thành c m n gia đình và b n bè, đã luôn t o đi u

ki n, quan tâm, ng h , giúp đ , đ ng viên chúng em trong su t quá trình h c t p và
hoàn thành đ án t t nghi p.
Chúng em xin chân thành c m n!

Ng

i th c hi n đ tài

Phan Thành H ng Tr n V n Th ch

vii


M CL C
Trang bìa .......................................................................................................................... i
B ng mô t công vi c ...................................................................................................... ii
Nhi m v đ án .............................................................................................................. iv
L ch trình ........................................................................................................................ v
Cam đoan ...................................................................................................................... vi
L i c m n .................................................................................................................... vii
M c l c......................................................................................................................... viii
Li t kê hình .................................................................................................................... xi
Li t kê b ng .................................................................................................................. xiii
Tóm t t ......................................................................................................................... xv

CH
1.1.

NG 1. T NG QUAN ......................................................................................... 1
t v n đ . ......................................................................................................... 1

1.2. M c tiêu. ............................................................................................................ 2
1.3. N i dung nghiên c u. ........................................................................................ 2
1.4

Gi i h n. ............................................................................................................ 2

1.5. B c c. ............................................................................................................... 3
CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T ............................................................................. 4

2.1

Gi i thi u x lý nh ........................................................................................... 4

2.2

T ng quan v Matlab. ........................................................................................ 5

2.3

Gi i thi u l ch s hình thành Arduino. .............................................................. 6

2.4

Gi i thi u v ph n c ng. ................................................................................... 8

2.4.1 Kit Arduino Uno. .............................................................................................. 8
2.4.2 Gi i thi u v LCD 16x2 .................................................................................. 10
2.4.3 Giao ti p I2C ................................................................................................... 11
2.5

M t s ph

ng pháp trong x lý nh ............................................................... 12

2.5.1 X lý đi m nh: ................................................................................................ 12
2.5.2 Làm tr n nhi u b ng l c tuy n tính ................................................................. 15
2.5.3 Nh phân hóa ng

ng t đ ng......................................................................... 16

2.5.4 Phân vùng nh: ................................................................................................ 17
2.5.5 Phép toán Dilation. .......................................................................................... 18
2.5.6 Phép toán Erosion. .......................................................................................... 19
2.5.7 Phép toán Openning. ....................................................................................... 20
2.5.8 Phép toán Closing ........................................................................................... 20
viii

2.5.9 Thu t toán đánh nhãn: ..................................................................................... 25
2.6
CH

Các hàm x lý trong Matlab. .......................................................................... 25
NG 3: TệNH TOÁN VÀ THI T K ............................................................. 28

3.1

Gi i thi u. ........................................................................................................ 28

3.2

Thi t k h th ng. ............................................................................................ 28

3.2.1 Thi t k s đ kh i h th ng. .......................................................................... 28
3.2.2 Thi t k các kh i h t th ng. ............................................................................ 30
3.3

T ng quan v ph n c ng. ................................................................................ 32

3.3.1 T ng quan các kh i chính. ............................................................................... 32
3.3.2 Board Arduino Uno R3.................................................................................... 33
3.4 Cài đ t các gói h tr ph n c ng cho Matlab................................................... 37
3.4.1 K t n i Arduino v i Matlab. ............................................................................ 37
3.4.2 Ki m tra k t n i Arduino v i Matlab. .............................................................. 40
3.4.3 K t n i LCD v i I2C ........................................................................................ 40
CH

NG 4. THI CÔNG H TH NG .................................................................... 42

4.1

Gi i thi u. ........................................................................................................ 42

4.2

Thi công h th ng. ........................................................................................... 42

4.3

L u đ h th ng. .............................................................................................. 43

4.3.1 T ng quát v h th ng ..................................................................................... 43
4.3.2 Chi ti t v h th ng. ......................................................................................... 43
Vi t tài li u h

ng d n s d ng, thao tác ........................................................ 47

4.4.1 Vi t tài li u h

ng d n s d ng. ...................................................................... 47

4.4

4.4.2 Quy trình thao tác trên giao di n. ..................................................................... 48
CH
5.1

NG 5. K T QU _ NH N XÉT _ ÁNH GIÁ ............................................. 49

K t qu ............................................................................................................. 49

5.1.1 T ng quan k t qu đ t đ

c. ........................................................................... 49

5.1.2 K t qu th c t . ................................................................................................ 49
5.2 Nh n xét và đánh giá. ....................................................................................... 60
CH

NG 6. K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N.......................................... 62

6.1

K t lu n. ........................................................................................................... 62

6.2

H

ng phát tri n. ............................................................................................. 63

TÀI LI U THAM KH O .......................................................................................... 64
PH L C .................................................................................................................... 65

ix

LI T KÊ HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1: Nh ng thành viên kh i x

ng Arduino .............................................................. 7

Hình 2.2. C u trúc ph n c ng c a Arduino Uno. ............................................................... 9
Hình 2.3. Hình nh LCD ................................................................................................... 10
Hình 2.4 : Hình nh I2C. ................................................................................................... 12
Hình 2.5: Chuy n nh màu thành nh xám ....................................................................... 13
Hình 2.6. L

c đ xám. .................................................................................................... 14

Hình 2.7. nh xám và nh nh phân. ................................................................................ 14
ng t đ ng theo T1 và T2 ......................................................................... 17

Hình 2.8. Ng
Hình 2.9.a.

it

ng c n phình A và nhân t o nh B,b.Minh h a quét các b,kh p A .... 19

Hình 2.10.K t qu c a phép toán Dilation. ....................................................................... 19
Hình 2.11.K t qu c a phép toán Erosion. ....................................................................... 19
Hình 2.12.V t có c u trúc đ n gi n-hình vuông và ph c t p và hình xo n c. ................ 21

Hình 2.13. L u đ gi i thu t cho thu t toán đánh nhãn .................................................... 22
Hình 2.14. L u đ gi i thu t cho toán đánh nhãn ............................................................. 23
Hình 2.15 V t th màu đen đã đ

c đánh nhãn ............................................................... 23

Hình 2.16. Mô ph ng thu t toán đánh nhãn. ..................................................................... 24
Hình 2.17. S l

ng v t đ

c xác đ nh d a vào RAM..................................................... 25

Hình 3.1. S đ quá trình đ m đ i t

ng......................................................................... 29

Hình 3.2. S đ nguyên lý kh i ng d ng. ...................................................................... 31
Hình 3.3. T ng quan các kh i. .......................................................................................... 32
Hình 3.4. S đ nguyên lý board Arduino Uno R3. ......................................................... 33
Hình 3.5. S đ chân ATmega328. ................................................................................... 34
Hình 3.6. C u USB-to-UART. .......................................................................................... 36
Hình 3.7. B ngu n. .......................................................................................................... 37
Hình 3.8. Get Hardware Support Package. ....................................................................... 38
Hình 3.9. C a s “Support Package Installer”. ................................................................. 38
Hình 3.10. Giao di n cài Package cho Arduino. ............................................................... 39
Hình 3.11.

ng nh p cho c a s “MathWorks Account Log In”. .................................. 39

Hình 3.12.K t n i Arduino và Matlab thành công. ........................................................... 40
xi


Hình 3.13.K t qu tr v khi k t n i I2C .......................................................................... 41
Hình 4.1. Mô hình trong quá trình th c hi n. ................................................................... 42
Hình 4.2. L u đ chính h th ng. ..................................................................................... 43
Hình 4.3. L u đ đ m đ i t

ng ....................................................................................... 44

Hình 4.4. L u đ ch

ng trình đ m đ i t

ng. ................................................................ 45

Hình 4.5. L u đ ch

ng trình d m đ i t

ng. ................................................................ 46

Hình 4.6. L u đ ch

ng trình đi u khi n ng d ng trên Arduino. ................................. 47

Hình 4.7. Quy trình thao tác v i thu t toán đánh nhãn. .................................................... 48
Hình 5.1. Giao di n ban đ u ............................................................................................. 50
Hình 5.2. Giao di n ch n l a đ i t

ng đ m. ................................................................... 50

Hình 5.3. Giao di n đ m t bào. ....................................................................................... 51
Hình 5.4. Giao di n đ m cây............................................................................................. 52
Hình 5.5. Giao di n đ m thu c. ........................................................................................ 52
Hình 5.6. 10 b c nh đ m t bào mà nhóm th c hi n đ tài............................................. 53
Hình 5.7.

m t bào màu h ng thành công. .................................................................... 53

Hình 5.8.

m t bào màu tím s m thành công. ............................................................... 54

Hình 5.9. 10 B c nh đ m cây mà nhóm th c hi n đ tài ................................................ 55
Hình 5.10.

m cây lo i 1 thành công ............................................................................... 55

Hình 5.11.

m cây lo i 2 thành công .............................................................................. 56

Hình 5.12. 10 b c nh đ m thu c nhóm th c hi n đ tài ................................................. 56
Hình 5.13.

m thu c lo i 1 thành công .......................................................................... 57

Hình 5.14.

m thu c đen lo i 2 thành công.................................................................... 58

Hình 5.15. K t qu hi n th đ m đ i t

ng ra LCD ......................................................... 59

xii


LI T KÊ B NG
B ng

Trang

B ng 2.1. Thông s k thu t Arduino Uno......................................................................... 8
B ng 2.2:Ch c n ng các chân c a LCD. .......................................................................... 10
B ng 2.3 Các hàm x lý hình nh khác trong Matlab. ..................................................... 27
B ng 5.1.K t qu đ m t bào ............................................................................................ 40
B ng 5.2.K t qu đ m thu c. ........................................................................................... 60
B ng 5.3.K t qu đ m cây. ............................................................................................... 60

xiii


TÓM T T
Vi c đ m s l

ng đ i t

công nghi p b ng các ph
đ thu đ

cs l

ng là m t nhiêm v khá ph bi n trong các ngành

ng pháp khác nhau.

ng nh t đ nh các y u t t

nh là m t đ tài khá m i m và đang đ

ms l

ng đ i t

ng đ

nh. Vì th , bài toán đ m đ i t

c s d ng
ng trong

c chú ý đ phát tri n v i phép đ m t đ ng

b i t m nhin máy tính đ ti t ki m th i gian, công s c.
tài: “Thi t k vƠ thi công h th ng đ m đ i t
Arduino hi n th trên LCD” nghiên c u xây d ng ph
các ph

ng pháp hinh thái h c và đ m đ i t

trên kit Arduino t

ng pháp x lý nh đ u vào,

ng trong nh đ đi u khi n ng d ng

ng ng v i k t qu giá tr nh n đ

g m: Tìm hi u kit Arduino; Tìm hi u các ph

ng trong nh s d ng kit

c. Các n i dung nghiên c u bao

ng pháp ti n x lý nh ; Tìm hi u các

phép toán hình thái h c; Xây d ng thu t toán đánh nhãn đ đ m đ i t
tài đ

c xây d ng ch y u trên ph n m m Matlab.

Mô hình do nhóm th c hi n đã đ t đ
vi c đ m đ i t
đ mđ it
s cđ it

ng trong nh.

c m c tiêu do nhóm đ t ra. Hi u su t

ng cao, đi u khi n các ng d ng trên kit Arduino. Tuy nhiên, vi c

ng còn ph thu c nhi u vào môi tr

ng khác nhau nh : ánh sáng n n, màu

ng nên gây khó kh n cho viêc đ m đ i t

ng sai s .

xv


CH

NG 1.T NG QUAN

Ch

ng 1. T NG QUAN
TV N

1.1.

.

Trong nh ng n m g n đây, m c dù còn m i m trong l nh v c khoa h c và công ngh

nh ng x lý nh đang đ
tâm nghiên c u, tr

c nghiên c u và phát tri n v i t c đ nhanh chóng b i các trung

ng đ i h c và h c vi n…v i r t nhi u ng d ng trên các l nh v c khác

nhau[1]. i cùng v i s phát tri n đó, ph n l n các thi t b đi n t đ u d n phát tri n theo
h

ng t đ ng hóa, thông minh, có th giao ti p, t
ng đ

c đi u đó r t nhi u bài toán, gi i thu t l n l

s đó là bài toán đ m s l

ng tác tr c ti p v i ng
t gi i quy t đ

i dùng. áp

c v n đ . M t trong

ng, phát tri n ngày càng hi n đ i, yêu c u đ chính xác ngày

càng cao.
Trong th i đ i bùng n v công ngh thông tin nh hi n nay, vi c đ m s l
t

ng là m t nhi m v khá ph bi n đ

b ng các ph

ng th c khác nhau.

ng đ i

c th c hi n nhi u trong các ngành công nghi p

mđ it

ng đ

c s d ng đ nh n đ

cm ts l

ng

nh t đ nh các y u t t hình nh. Nh ng y u t này ho t đ ng nh m t ngu n thông tin đ
phân tích đ nh l
đ it
s l

ng đ

ng, theo dõi chuy n đ ng và phân tích đ nh tính. Vi c đ m s l

c th c hi n trong các môi tr

ng khác nhau v i khác đ i t

ng khác nhau. Nh ng k t qu đem l i th

gian. Vì th mà vi c đ m b ng ph
đ ng b i t m nhìn máy tính.

ng các

ng có kích th

c,

ng không cao, sai s l n và m t nhi u th i

ng pháp đ m th công ph i đ

c thay th b ng đ m t

m t đ ng s giúp chúng ta ti t ki m đ

s c, t ng kh n ng chính xác và áp d ng cho nhi u đ i t

c th i gian, công

ng khác nhau ch ng h n nh :

đ m t bào, cá, tr ng, ic, xe …
n

c ta hi n nay, l nh v c đ m trong x lý nh đã có nh ng phát tri n đáng k . Tuy

nhiên nó ch m i phát tri n d a trên n n t ng ph n c ng và ch a đ
trong th c t . V c gi i quy t bài toán này theo h
đ

c áp d ng r ng rãi

ng ti p c n s d ng ph n m m ch a

c quan tâm phát tri n
Xu t phát t m c tiêu ti p c n, b sung các ki n th c m i, c ng nh c ng c l i

nh ng k n ng ki n th c trong su t quá trình h c t p t i tr

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

ng.

ng th i nghiên c u sâu

1


CH

NG 1.T NG QUAN

h nv

ng d ng c a x lý nh, nghiên c u các thu t đ m đ i t

đ mđ it

ng trong nh và th c hi n

ng r i nhúng d li u xu ng kit Arduino[2].

Do đó, nhóm th c hi n đ án ch n đ tài: “

mđ it

ng trong nh”.

M C TIÊU.

1.2.

M c tiêu c a đ tài là xây d ng h th ng đ m đ i t
nh có ch a đ t

ng c n đ m t

nhúng d li u đi u khi n t

nh ch p. V i s l

ng qua hình nh v i đ u vào là

ng đ i t

ng đ m đ

cs đ

cs

ng ng xu ng kit Arduino.

N I DUNG NGHIÊN C U.

1.3.

M c tiêu xây d ng h th ng: “

mđ it

ng qua hình nh ” nh trên thì nhóm s

th c hi n nh ng n i dung nh sau:
 N I DUNG 1: Tìm hi u kit Arduino.
 N I DUNG 2: Cài đ t ngu n th vi n cho kit Arduino, cách k t n i module Arduino
v i ph n m m Matlab.
 N I DUNG 3: Tìm hi u các thu t toán c n thi t liên quan đ n đ m đ i t

ng trong

nh.
 N I DUNG 4: Xây d ng thu t toán t o c s d li u c n thi t cho m c đích đ m
đ it

ng.

 N I DUNG 5: Xây d ng h th ng đ m đ i t

ng qua hình nh , l p trình các ng

d ng nhúng d li u trên kit Arduino.
 N I DUNG 6: ánh giá k t qu th c hi n.
1.4

GI I H N.
Mô hình g m có kit Arduino Uno, máy tính Laptop đ th c hi n h th ng đ m đ i

t

ng qua hình nh trên ph n m m Matlab sau đó nhúng d li u xu ng kit Arduino.
H th ng nh n d ng nh v i kích th

c 128x128 v i các ph

nh đ u vào và thu t toán đánh nhãn đ đ m các đ i t

ng pháp ti n x lý

ng có trong nh .

nh ch p t

camera đi n tho i.
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

2


CH

NG 1.T NG QUAN

1.5.

B

C C.
án t t nghi p: “

mđ it

ng trong nh” trình bày trong 6 ch

ng v i b c c

nh sau:
 Ch
Ch

ng 1: T ng quan.
ng này trình bày đ t v n đ d n nh p lý do ch n đ tài, m c tiêu, n i dung

nghiên c u, các gi i h n thông s và b c c đ án.
 Ch

ng 2: C s lý thuy t.

Gi i thi u v ph n Matlab, gi i thi u v Arduino, gi i thi u v x lý nh
Gi i thi u v kit Arduino, LCD và I2C.
Gi i thi u v các ph

ng pháp trong quá trình x lý nh đ u vào. Gi i thi u v

thu t toán đánh nhãn trong vi c đ m đ i t
 Ch

ng.

ng 3: Thi t k và tính toán.

Phân tích, xây d ng s đ kh i, s đ ph n c ng, thi t k ch
đ mđ it

ng qua hình nh đ

ng trình cho h th ng

c vi t trên ph n m m Matlab, s d ng th vi n c a Matlab

cho kit Arduino.
 Ch

ng 4: Thi công h th ng.

Xây d ng ch
ch

ng trình đ

ng trình hoàn ch nh cho toàn h th ng, các hàm, các l u đ , các

c s d ng. L p ráp và ch y ch

ng trình. Vi t tài li u h

ng d n s d ng,

quy trình thao tác.
 Ch

ng 5: K t qu , nh n xét và đánh giá.

Nêu các k t qu đ t đ
k t qu th c thi đ

 Ch

c khi th c hi n ch

c.

ng 6: K t lu n và h

ng phát tri n.

Tóm t t nh ng k t qu đ t đ
trong t
B

ng trình, phân tích, nh n xét, đánh giá

c, nh ng h n ch và nêu lên các h

ng phát tri n

ng lai.

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

3


CH

NG 2.C

Ch
2.1

S

LÝ THUY T

ng 2. C

S

GI I THI U X

LÝ THUY T

LÝ NH[1]

X lý nh là m t l nh v c mang tính khoa h c và công ngh . Nó là m t ngành khoa
h c m i m so v i nhi u ngành khoa h c khác nh ng t c đ phát tri n c a nó r t nhanh,
kích thích các trung tâm nghiên c u, ng d ng, đ c bi t là máy tính chuyên d ng riêng
cho nó.
X lý nh đ

c đ a vào gi ng d y

b cđ ih c

n

c ta kho ng ch c n m nay.

Nó là môn h c liên quan đ n nhi u l nh v c và c n nhi u ki n th c c s khác.

u tiên

ph i k đ n X lý tín hi u s là m t môn h c h t s c c b n cho x lý tín hi u chung, các
khái ni m v tích ch p, các bi n đ i Fourier, bi n đ i Laplace, các b l c h u h n… Th
hai, các công c toán nh

i s tuy n tính, Sác xu t, th ng kê. M t s ki n th c n thi t

nh Trí tu nhân tao, M ng n ron nhân t o c ng đ

c đ c p trong quá trình phân tích và

nh n d ng nh.
Các ph

ng pháp x lý nh b t đ u t các ng d ng chính: nâng cao ch t l
ng d ng đ u tiên đ

nh và phân tích nh.
đ

c bi t đ n là nâng cao ch t l

ng

ng nh báo

c truy n qua cáp t Luân đôn đ n New York t nh ng n m 1920. V n đ nâng cao

ch t l

ng nh có liên quan t i phân b m c sáng và đ phân gi i c a nh. Vi c nâng cao

ch t l

ng nh đ

đ

c phát tri n vào kho ng nh ng n m 1955.

i u này có th gi i thích

c vì sau th chi n th hai, máy tính phát tri n nhanh t o đi u ki n cho quá trình x lý

nh sô thu n l i. N m 1964, máy tính đã có kh n ng x lý và nâng cao ch t l
m t tr ng và v tinh Ranger 7 c a M bao g m: làm n i đ

ng nh t

ng biên, l u nh. T n m

1964 đ n nay, các ph

ng ti n x lý, nâng cao ch t l

không ng ng. Các ph

ng pháp tri th c nhân t o nh m ng n ron nhân t o, các thu t

ng, nh n d ng nh phát tri n

toán x lý hi n đ i và c i ti n, các công c nén nh ngày càng đ

c áp d ng r ng rãi và

thu nhi u k t qu kh quan.
d t

ng t

t th gi i ngoài đ

ng, xét các b

MÔN I N T

u tiên, nh t nhiên

c thu nh n qua các thi t b thu (nh Camera, máy ch p nh). Tr

đây, nh thu qua Camera là các nh t

B

c c n thi t trong x lý nh.

c

ng t (lo i Camera ng ki u CCIR). G n đây, v i

CÔNG NGHI P – Y SINH

4


CH

NG 2.C

S

LÝ THUY T

s phát tri n c a công ngh , nh màu ho c đen tr ng đ
đ

c l y ra t Camera, sau đó nó

c chuy n tr c ti p thành nh s t o thu n l i cho x lý ti p theo. Máy nh s hi n nay

là m t thí d g n g i. M t khác, nh c ng có th ti p nh n t v tinh; có th quét t

nh

ch p b ng máy quét nh.
2.2

T NG QUAN V MATLAB[4].
Matlab (Matrix Laboratory) là m t môi tr

ng tính toán s và l p trình, đ

k b i công ty MathWorks, là ngôn ng l p trình th c hành b c cao đ

c thi t

c s d ng nhi u

đ gi i các bài toán k thu t. Matlab tích h p vi c tính toán th hi n k t qu cho phép l p
trình, giao di n làm vi c r t d dàng cho ng
l p trình s n cho phép ng

i dùng có đ

i s d ng. D li u cùng v i th vi n đ

c

c nh ng ng d ng nh :

 Tính toán các phép toán h c thông th

ng, tính toán ma tr n.

 L p trình t o ra nh ng ng d ng m i.
 Cho phép mô ph ng các mô hình th c t .
 Phân tích, kh o sát, hi n th d li u.
 V i ph n m m đ h a c c m nh.
 Matlab giúp đ n gi n hóa vi c gi i quy t các bài toán tính toán k thu t so v i các
ngôn ng l p trình truy n th ng nh C, C++, và Fortran.
Matlab là m t h th ng t

ng giao chúng cho phép gi i quy t các v n đ liên quan

đ n l p trình b ng máy tính, đ c bi t s d ng các phép tính v ma tr n hay vector và có
th s d ng ngôn ng C ho c Fortran l p trình r i th c hi n ng d ng l p trình đó b ng
các câu l nh g i t Matlab.
Matlab đ

c s d ng trong nhi u l nh v c, bao g m x lý tín hi u và nh, truy n

thông, thi t k đi u khi n t đ ng, đo l

ng ki m tra, phân tích mô hình tài chính, hay

tính toán sinh h c. Matlab cung c p gi i pháp chuyên d ng g i là Toolbox. Toolbox là
m t t p h p toàn di n các hàm c a Matlab (M-file).
H th ng Matlab g m 5 ph n chính:
 Ngôn ng Matlab: Cho phép l p trình t các ng d ng nh đ n ph c t p. ó là các
ngôn ng cao v ma tr n và m ng, các dòng l nh, các hàm, c u trúc d li u vào.

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

5


CH

NG 2.C

 Môi tr

S

LÝ THUY T

ng làm vi c: Bao g m các ph

ng ti n cho vi c qu n lý các bi n trong

không gian làm vi c Workspace c ng nh xu t nh p d li u. Nó c ng bao g m các công
c phát tri n, qu n lý, g r i và đ nh hình M-file.
 X lý đ h a: Bao g m các l nh cao c p cho tr c quan hóa d li u hai chi u và
ba chi u, x lý nh, nh đ ng. Cung c p các giao di n t

ng tác gi a ng

i s d ng và

máy tính.
 Th vi n toán h c: Các hàm c b n nh c ng, tr , nhân, chia, sin, cos …và các
hàm ph c t p nh tính ma tr n ngh ch đ o, tr riêng, chuy n đ i fourier, laplace, symbolic
library.
 Giao di n ng
trình t

i dùng (Application Program Interface): Cho phép vi t ch

ng

ng tác v i các ngôn ng khác C, Fortran ...
Simulink là m t ch

ng trình đi kèm v i Matlab, là m t h th ng t

ng tác v i

vi c mô ph ng các h th ng đ ng phi tuy n, mô ph ng m ch.
2.3

GI I THI U L CH S

HÌNH THÀNH ARDUINO[3].

Arduino th c s đã gây sóng gió trên th tr

ng ng

i dung DIY ( là nh ng ng

i

t ch ra s n ph m c a mình) trên toàn th gi i trong vài n m g n đây, g n gi ng v i
nh ng gì Apple đã làm đ

c trên th tr

ng thi t b di đ ng. S l

ng ng

i dung c c l n

và đa d ng v i trình đ tr i r ng t b c ph thông lên đ n đ i h c làm cho ngay c nh ng
ng

B

i t o ra chúng ph i ng c nhiên v m c đ ph bi n.

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

6


CH

NG 2.C

S

LÝ THUY T

Hình 2.1: Nh ng thành viên kh i x

ng Arduino

Arduino là gì mà có th ngay c nh ng sinh viên và nhà nghiên c u t i các tr

ng

đ i h c danh ti ng nh MIT, Stanford, Carnegie Mellon ph i s d ng, ho c ngay c
google c ng mu n h tr hi cho ra đ i b kít Arduino mega ADK dung đ phát tri n trên
các ng d ng t

ng tác v i c m bi n v i các thi t b khác?

Arduino th t ra là m t bo m ch vi x lý đ

c dung đ l p trình t

thi t b ph n c ng nh c m bi n, đ ng c , đèn ho c các thi t b khác
c a Arduino là môi tr

ng tác v i các
c đi m n i b t

ng phát tri n ng d ng c c k d s d ng, v i m t ngôn ng l p

trình có th h c m t cách nhanh chóng ngay c v i ng
trình và đi u hi n làm nên hi n t

ng Arduino chính là m c giá th y v i tính ch ngu n

m t ph n c ng t i ph n m m ch c i kho ng $30, ng
Arduino có 20 ngõ I/O có th t

i ít am hi u v đi n t và l p
i dung đã có th s h u board

ng tác và đi u khi n ch ng y thi t b .

Arduino ra đ i t i th tr n Ivrea thu c n

c Ý và đ

th k th 9 là King Arduino, Arduino chính th c đ

c đ t theo tên m t v vua vào

c đ a ra gi i thi u vào n m 2005

nh là m t công c khiêm t n dành cho các sinh viên c a giáo s Massimo Banzi, là m t
trong nh ng ng

i phát tri n Arduino, t i tr

(IDII). M t dù h u nh không đ

ng Interaction Design Instistute Ivrea

c ti p th gì c , tin t c v arduino v n lan truy n v i t c

đ chóng m t nh nh ng l i truy n mi ng t t đ p c a nh ng ng

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

i dung đ u tiên. Hi n

7


CH

NG 2.C

S

LÝ THUY T

nay Arduino n i ti ng t i n i có ng

i tìm đ n th tr n Ivrea ch đ tham quan nói đã s n

sinh ra Arduino.
2.4

GI I THI U PH N C NG.

2.4.1

Kit Arduino Uno[3].
Kit Arduino có nhi u phiên b n v i tính n ng và m c đích s d ng khác nhau.

Board Arduino Uno là m t trong nh ng phiên b n đ

c s d ng r ng rãi nh t b i chi phí

và tính linh đ ng c a nó.
Arduino Uno là m t board m ch vi đi u khi n d a trên chip Atmega328 v i 14
chân vào/ra b ng tín hi u s đ
PWM đ

c đánh d u “~” tr

c đánh s t 0 đ n 13, trong đó 6 chân có th t o xung
c mã s c a chân, 6 chân nh n tín hi u analog đ

c đánh

d u t A0 đ n A5, có th s d ng nh là 6 chân I/O s . Có 2 m c đi n áp là 0V và 5V v i
dòng vào/ra t i đa trên m i chân là 30 mA.
Vi đi u khi n

Atmega328P h 8 bit

i n áp ho t đ ng

5V

i n áp đ u vào

7-12V

i n áp đ u vào gi i h n

6-20V

S chân Digital I/O

14 (có 6 chân PWM)

S chân Analog

6 ( đ phân gi i 10bit)

DC current per I/O pin

20mA

DC current for 3.3V pin

50mA

Flash Memory

32KB (ATmega328P)

SRAM

2KB (Atmega328P)

EEPROM

1KB (Atmega328P)

Clock Speed

16MHZ

Length

68.6 mm

Width

53.4 mm

Weight

25 g
B ng 2.1. Thông s k thu t Arduino Uno.

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

8


CH

NG 2.C

S

LÝ THUY T

Hình 2.2. C u trúc ph n c ng c a Arduino Uno.
 C ng USB(1): C ng USB dùng đ k t n i v i máy tính và thông qua đó đ upload
ch

ng trình cho Arduino t máy tính, đ ng th i cung c p ngu n cho Arduino.
 Ngu n (2 và 4): S d ng jack c m ngu n 2.1mm (c c d

ng

gi a) ho c có th

dùng chân Vin và GND đ c p ngu n cho Arduino. Board m ch ho t đ ng

đi n áp

ngoài kho ng 5-20V, nh ng n u c p ngu n l n h n 5V thì ngõ ra chân 5V s l n h n,
không nên c p ngu n l n h n 12V vì board s nóng và d b h ng. Chân 5V và chân 3.3v
là 2 chân l y ngu n t Arduino ra ngoài, không đ
 Chip Atmega328P(6): Có 32KB b

nh

c c p ngu n vào nó, s làm h ng.
flash trong đó có 0.5KB dùng cho

bootloader, 2KB SRAM, 1KB EEPROM.
 Output và Input (3 và 5): Arduino có 14 chân Digital v i các ch c n ng Input và
Output.

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

9


CH

NG 2.C

S

LÝ THUY T

2.4.2 Gi i thi u v LCD 16x2

Hình 2.3. Hình nh LCD
- Các tính n ng chính c a LCD
• 5 x 8 ch m v i con tr .
• Tích h p b đi u khi n (KS 0.066 ho c t

ng đ

ng).

• C p đi n +5V (Ngoài ra có s n cho + 3V).
• 1 / 16 nhi m v chu k .
•B/Ls đ

c đi u khi n b i pin 1, pin 2 hay pin 15, pin 16 ho c AK (LED).

• N.V. tùy ch n cho + 3V c p đi n.
- Ch c n ng các chân c a LCD:
Chân Ký hi u
1

VSS

2

VDD

3

VEE

4

B

RS

MÔN I N T

Mô t
Chân n i đ t cho LCD, khi thi t k m ch ta n i chân này v i
GND c a m ch đi u khi n.
Chân c p ngu n cho LCD, khi thi t k m ch ta n i chân này v i
VCC=5V c a m ch đi u khi n.
i u ch nh đ t

ng ph n c a LCD.

Chân ch n thanh ghi (Register select). N i chân RS v i logic “0”
(GND) ho c logic “1” (VCC) đ ch n thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 s n i v i thanh ghi l nh IR c a LCD
( ch đ “ghi” - write) ho c n i v i b đ m đ a ch c a LCD (
CÔNG NGHI P – Y SINH

10

CH

NG 2.C

S

LÝ THUY T

ch đ “đ c” - read).
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 s n i v i thanh ghi d li u DR bên
trong LCD.
Chân ch n ch đ đ c/ghi (Read/Write). N i chân R/W v i logic
“0” đ LCD ho t đ ng ch đ ghi, ho c n i v i logic “1” đ
5
R/W
LCD ch đ đ c.
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hi u đ c đ t lên bus
DB0-DB7, các l nh ch đ c ch p nh n khi có 1 xung cho phép
c a chân E.
+ ch đ ghi: D li u bus s đ c LCD chuy n vào( ch p
6
E
nh n) thanh ghi bên trong nó khi phát hi n m t xung (high-to-low
transition) c a tín hi u chân E.
+ ch đ đ c: D li u s đ c LCD xu t ra DB0-DB7 khi phát
hi n c nh lên (low-to-high transition) chân E và đ c LCD gi
bus đ n khi nào chân E xu ng m c th p.
Tám đ ng c a bus d li u dùng đ trao đ i thông tin v i MPU.
Có 2 ch đ s d ng 8 đ ng bus này :

+ Ch đ 8 bit : D li u đ c truy n trên c 8 đ ng, v i bit MSB
7 - 14 DB0÷DB7
là bit DB7.
+ Ch đ 4 bit : D li u đ c truy n trên 4 đ ng t DB4 t i
DB7, bit MSB là DB7.
15
A
Ngu n d ng cho đèn n n
16
K
GND cho đèn n n
B ng 2.2.Ch c n ng các chân c a LCD.
2.4.3 Giao ti p I2C
Thông th

ng, đ s d ng màn hình LCD b n s ph i m t r t nhi u chân Arduino

đ đi u khi n.Do v y, đ đ n gi n hóa công vi c ng
màn hình LCD s

d ng giao ti p I2C. Nói m t cách đ n gi n, b n ch t n hai dây đ đi u

khi n màn hình thay vì 8 dây nh cách th ng th

B

i ta đã t o ra m t m ch đi u khi n

MÔN I N T

ng th

CÔNG NGHI P – Y SINH

ng làm.

11